Die Erdwärme wird oft als unerschöpflicher und gleichzeitig umweltschonender Energieträger gepriesen. Tatsächlich gibt es mittlerweile in 24 Ländern Geothermal-Kraftwerke. So deckt beispielsweise Island mehr als ein Fünftel seines Strombedarfs mit der Wärme aus der Erde. Dass die Nutzung geothermischer Energie aber trotz aller Umweltfreundlichkeit mit erheblichen Risiken verbunden sein kann, zeigt sich jetzt in Basel. Dort hat ein Projekt zur Gewinnung von Erdwärme mehrfach Erdbeben verursacht, die noch in Freiburg und in den Vogesen gespürt wurden.


Es gibt verschiedene Verfahren, geothermische Energie zur Stromerzeugung zu nutzen. In vulkanischen Gebieten wie Island oder in der Gegend um Lardarello in der Toskana ist der Untergrund so heiß, dass dort Grundwasser zum Teil unter hohem Druck verdampft. Diese unterirdischen Verdampfungszonen können angebohrt und über Rohrleitungen angezapft werden. Der auf natürliche Weise entstehende Dampf wird durch die Rohre dann direkt auf die Turbinenschaufeln eines Kraftwerks geleitet.


Geothermische Anomalie zwischen Mainz und Basel


Aber auch dort, wo keine Vulkane die Erde aufheizen, kann die Erdwärme genutzt werden. Jeder, der einmal ein Bergwerk besucht hat, wird gemerkt haben, dass es umso wärmer wird, je tiefer man in die Schachtanlage einfährt. Normalerweise erhöht sich die Gebirgstemperatur pro hundert Meter Tiefe um etwa drei Grad. Es gibt jedoch auch Zonen in der Erdkruste, in denen es wesentlich schneller warm wird. Der Oberrheintalgraben zwischen Mainz und Basel ist beispielsweise eine solche geothermische Anomalie. An manchen Stellen ist es dort in 2000 Meter Tiefe anstatt der üblichen 60 schon 120 Grad heiß.


Seit 1987 untersuchen Geowissenschaftler in der Nähe von Soultz-sous-Forêts im Elsass die Möglichkeiten, diese Erdwärme für die Stromerzeugung zu nutzen. Dazu wird kaltes Wasser durch eine Bohrung mehr als drei Kilometer tief in die Erde gepumpt. Dort heizt sich das Wasser auf und gelangt durch eine benachbarte Bohrung wieder an die Erdoberfläche.


Damit bei diesem Kreislauf möglichst viel Wärme aus der Erde ins Wasser übergeht, wurden die in jedem Gestein vorkommenden Klüfte und Spalten künstlich erweitert. Dazu presste man Wasser unter so hohem Überdruck in eine der Bohrungen, dass das Gestein am Ende der Bohrung entlang der bereits vorhandenen Risse platzte. Durch diesen Vorgang wird das natürliche Kluftsystem derart aufgeweitet, dass schließlich ein ausreichender Wasserfluss gewährleistet ist. Die Technik wird nicht nur bei Geothermalbohrungen genutzt. Auch die Ölindustrie erweitert häufig die Gesteinsklüfte in einer Lagerstätte auf diese Weise, um die Ausbeute von Rohöl zu erhöhen.


Künstlich geschaffenen Brüche


Aufbauend auf den im Elsass gewonnenen Erfahrungen, beschloss der Stadtrat von Basel vor geraumer Zeit, aus geothermischer Energie Strom und Fernwärme für etwa 5000 Haushalte zu gewinnen. Im Mai vergangenen Jahres wurde daraufhin im Stadtteil Kleinhüningen mit einer Bohrung begonnen, die im Oktober in 5009 Meter Tiefe bei einer Temperatur von mehr als 200 Grad ihren Abschluss fand. Anfang Dezember begann man mit dem Einpressen von Wasser, um die Durchlässigkeit des Gesteins zu erhöhen.


Das Aufweiten der natürlichen Klüfte unter Überdruck ist geophysikalisch nichts anderes als die Erzeugung eines sogenannten Dehnungsbruchs, also eines Erdbebens. Normalerweise sind die künstlich geschaffenen Brüche äußerst klein und werden als Mikrobeben von Menschen nicht gespürt. Durch das Einpressen von Wasser kann es aber auch zu Scherbrüchen, einer weitaus häufigeren Art von Erdbeben, kommen.


Wasser als Schmiermittel


Sie entstehen an bisher nicht aktiven und daher auch nicht bekannten Scherzonen im Gestein in der Nähe des Bohrlochs. Der hohe Wasserdruck wirkt dort jener Reibungskraft entgegen, welche die beiden Flanken normalerweise zusammenhält. Auf diese Weise entlastet, können sich die beiden Flanken entlang der in der Erdkruste herrschenden mechanischen Spannung ruckartig bewegen. Das Wasser wirkt also gleichsam als Schmiermittel, das Erdbeben auslösen kann.


Kaum hatte in Basel das Einpressen von Wasser begonnen, registrierten die eigens für das Geothermieprojekt aufgestellten Seismometer Hunderte kleiner Mikrobeben. Dabei handelte es sich um die erwarteten Dehnungsbrüche. In den vergangenen Wochen ist es in unmittelbarer Umgebung des Bohrlochs aber auch dreimal zu spürbaren Erdbeben mit Magnituden von mehr als 3 gekommen, zuletzt in der Nacht zum Dienstag.


Diese Beben machten sich in Basel und Umgebung mit einer Erschütterung und einem lauten Knall bemerkbar. Zusätzlich wurden mehr als ein Dutzend Beben mit Magnituden zwischen 2 und 3 aufgezeichnet. Dabei handelt es sich um Scherbrüche, also Erdbeben an einer unbekannten Verwerfung, die durch die Schmierung mit Wasser ausgelöst wurden.


Burgen in der Region fielen zusammen


Obwohl keines der Beben nennenswerte Schäden anrichtete, wurde das Einpressen von Wasser in das Bohrloch schon nach dem ersten spürbaren Erdbeben am 8. Dezember eingestellt. Der Grund ist das seismische Risiko, dem Basel auch ohne das Zutun von Geothermiebohrungen ausgesetzt ist.


In Basel befand sich unter anderem das Epizentrum des schwersten Erdbebens in Europa nördlich der Alpen seit dem Beginn der Geschichtsschreibung. Am Abend des 18. Oktober 1356 ereigneten sich dort zwei Erdstöße, die schwere Zerstörungen verursachten. Mindestens 30 Schlösser und Burgen in der Region fielen damals vollständig zusammen. In einem Umkreis von 200 Kilometern um Basel wurden noch viele Gebäude, vor allem Schloss- und Kirchtürme, zum Teil schwer beschädigt.


Fachleute fragen ob es noch schlimmer kommen kann


Aus der Analyse der damaligen Beschreibungen haben die Geowissenschaftler dem Beben eine Intensität von zehn auf der zwölfteiligen Mercalli-Skala zugeordnet. Da sich die genaue Magnitude eines Erdbebens nur aus den Aufzeichnungen von Seismometern berechnen lässt, kann sie für die Erdbeben von Basel nur abgeschätzt werden. Nach Angaben des Schweizerischen Erdbebendienstes dürfte sie etwa 6,5 betragen haben.


Nun fragen sich nicht nur viele Laien, sondern auch Fachleute, ob es bei den zwar spürbaren, aber dennoch relativ schwachen Erdstößen in Basel bleibt oder ob es noch schlimmer kommen kann. Da niemand die mechanischen Spannungsverhältnisse in der Erdkruste unter Basel genau kennt, kann nicht ausgeschlossen werden, dass durch die künstliche Veränderung dieser Spannung im Gestein aufgrund der Geothermiebohrung auch stärkere Erdbeben ausgelöst werden. Bis Ende Januar will nun der Stadtrat entscheiden, ob das Projekt, in das bisher mehr als 50 Millionen Franken geflossen sind, abgebrochen werden soll.